Nous catalitzadors basats en metalls no cristal·lins

Aquesta tesi explora el potencial catalític dels vidres metàl·lics (Metallic Glasses, MG, en anglès) i la seva combinació amb òxid de ceri (CeO2) per a l’oxidació de monòxid de carboni (CO) a baixa temperatura i per a la reacció d’oxidació preferencial de CO (COPrOx). Els vidres metàl·lics, gràcies a la seva estructura no cristal·lina i una composició fàcilment modificable, poden esdevenir una opció prometedora per al disseny de nous materials catalitzadors. L’estudi s’ha centrat en tres sistemes principals de MGs: Ce65Al35, Pd77Si16.5Cu6.5 i Cu48Zr48Al4, examinant-ne les característiques estructurals i el comportament catalític.

Els resultats d’aquest treball han mostrat que el vidre metàl·lic Ce65Al35 té una activitat catalítica limitada, fins i tot després de diversos tractaments d’activació com la molta mecànica, la calcinació o la combinació amb CeO2. No obstant això, dopar el sistema binari Ce-Al amb Pd, obtenint l’aliatge Ce61Al35Pd4, millora notablement el rendiment, aconseguint una conversió del 100 % de CO a 300 °C. Tanmateix, la mescla d’aquest MG ternari amb CeO2 no va aportar cap millora addicional, indicant que el paper del Pd és dominant i no genera cap sinergia amb la cèria. El vidre metàl·lic Pd77Si16.5Cu6.5 va resultar ser el catalitzador més eficaç per si sol, assolint una conversió completa de CO a només 240 °C, cosa que es pot atribuir a la presència de Pd i la seva distribució optimitzada dins la matriu amorfa. Experiments de control amb aliatges binaris (Pd77Si23 i Cu6Si94) han demostrat la importància tant de la composició com del processament, especialment l’efecte d’utilitzar tècniques de solidificació ràpida i molta mecànica per generar estructures actives de partícules fines. Per a l’aliatge Cu48Zr48Al4, s’ha observat una elevada activitat catalítica i estabilitat en les reaccions de CO i COPrOx, amb un rendiment millorat mitjançant la molta mecànica. L’estudi de les propietats estructurals i químiques in operando (XPS, EXAFS, NEXAFS i XRD) van confirmar una reorganització superficial dels catalitzadors durant la reacció, estabilitzant àtoms de Cu(I) catalíticament actius. L’observació d’un fenomen d’envelliment espontani i d’un canvi similar generat per un pretractament de reducció amb hidrogen, suggereixen una evolució dinàmica en condicions reals d’operació.

Aquests resultats demostren que la síntesi mecano-química i el disseny estructural acurat dels compostos MG/CeO2 permeten desenvolupar catalitzadors d’oxidació eficients, estables i de baix cost. Aquests resultats ofereixen noves estratègies per crear materials altament reactius per al control de la contaminació i tecnologies de purificació d’hidrogen, obrint el camí a l’ús de metalls amorfs per aplicacions de catàlisi heterogènia.